WO2009138422A1 - Method and device for operating an actuating device - Google Patents

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WO2009138422A1
WO2009138422A1 PCT/EP2009/055760 EP2009055760W WO2009138422A1 WO 2009138422 A1 WO2009138422 A1 WO 2009138422A1 EP 2009055760 W EP2009055760 W EP 2009055760W WO 2009138422 A1 WO2009138422 A1 WO 2009138422A1
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WO
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actuator
determined
impedance
overcome
designed
Prior art date
Application number
PCT/EP2009/055760
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German (de)
French (fr)
Inventor
Michael Denzler
Martin Hopp
Harald Johannes Kastl
Carsten Schuh
Manfred Weisse
Original Assignee
Continental Automotive Gmbh
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Filing date
Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/20—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils
    • F02D41/2096—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils for controlling piezoelectric injectors
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
    • H02N2/02—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing linear motion, e.g. actuators; Linear positioners ; Linear motors
    • H02N2/06—Drive circuits; Control arrangements or methods
    • H02N2/062—Small signal circuits; Means for controlling position or derived quantities, e.g. for removing hysteresis

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for operating an adjusting device with an actuator and an actuator designed as a solid-state actuator.
  • Injectors have an actuator with an actuator and an actuator.
  • the injection valve can be opened or closed by a control of the actuator via the actuator.
  • a spacing is formed between the actuator and the actuator, which is referred to as idle stroke.
  • a prerequisite for accurate metering of the fuel in the respective cylinder by means of the injection valve is an accurate knowledge of the size of the idle stroke.
  • the invention is characterized by a method and a device for operating an adjusting device having an actuator and an actuator designed as a solid-state actuator.
  • the actuator is designed to act on the actuator and is in a resting state spaced by an idle stroke on the output side of the actuator.
  • the actuator is successively supplied predetermined amounts of electrical energy for varying an elongation of the actuator.
  • An impedance characteristic is determined by means of variation of the frequency of an AC signal applied to the actuator. Depending on the respective impedance curve, it is determined whether the actuator has overcome the idle stroke. In the case of determining that the idle stroke has been overcome, depending on an associated characteristic quantity which is characteristic of the amount of electrical energy supplied in comparison to the idle state, the idle stroke is determined. This allows a very accurate determination of the idle stroke. Furthermore, the determination of the idle stroke can be carried out directly on an engine test stand or in a vehicle without the need to remove and / or transport the engine
  • Actuator are necessary. In particular, no changes must be made to the adjusting device for determining the idle stroke.
  • the actuator is supplied successively predetermined amounts of electrical energy by means of a respective predetermined increase in a DC voltage, with which the actuator is acted upon.
  • variable which is characteristic of the amount of electrical energy supplied in comparison with the rest state is a DC voltage. This allows easy assignment of the characteristic quantity to the DC voltage.
  • the coupling factor is determined depending on the respective impedance curve.
  • the invention is characterized by a method and a device for operating an adjusting device with an actuator and an actuator designed as a solid-state actuator.
  • the actuator is designed to act on the actuator.
  • the actuator is supplied with a predetermined amount of electric power, starting from an idle state of the actuator for varying an elongation of the actuator according to a predetermined idle stroke.
  • the position of the actuator relative to the actuator is each successively changed mechanically.
  • An impedance curve is determined by varying the frequency of an AC signal applied to the actuator. Depending on the respective impedance curve, it is determined whether the actuator has overcome the spacing to the actuator. In the case of clamping, that the distance between the actuator and the actuator has been overcome, the successive me- 200802223
  • the actuator is the predetermined amount of electrical energy supplied by means of a predetermined DC voltage, with which the actuator is acted upon. This makes it possible to supply the actuator with the predetermined amount of electrical energy very accurately.
  • the coupling factor is determined depending on the respective impedance curve.
  • the coupling factor is determined in each case depending on at least one impedance minimum and at least one impedance maximum, which are respectively determined by means of the impedance curve. This allows a simple determination of the coupling factor depending on at least one impedance maximum and at least one impedance minimum of the impedance curve.
  • the coupling factor is determined by means of a series resonant frequency and a parallel resonant frequency, which are each assigned to equivalent resonant circuits, wherein the series resonance frequency 200802223
  • the frequency and the parallel resonance frequency are determined in each case depending on the impedance maximum and the impedance minimum. This enables a very accurate determination of the coupling factor as a function of the series resonant frequency and the parallel resonant frequency.
  • the actuator is driven in a small signal range. This enables effective prevention of domain shifts in the solid state actuator.
  • FIG. 1 shows an injection valve in longitudinal section
  • FIG. 2 shows a schematic representation of an adjusting device with an actuator and an actuator
  • FIG. 4 shows an impedance curve and an associated phase over the frequency of an actuator with an applied AC signal
  • FIG. 5a shows a flow diagram of a method for determining an idle stroke
  • FIG. 5b shows a further flowchart for an embodiment of a method for determining an idle stroke, 200802223
  • FIG. 6 shows a further flow diagram for a refinement of a method for specifying an idle stroke.
  • FIG. 1 shows an injection valve 10 with an actuator SA (FIG. 2), which is designed as a solid-state actuator 12, and an actuator SG (FIG. 2), which encloses a nozzle needle 14.
  • the actuator SA embodied as a solid-state actuator 12 is based, for example, on the piezoelectric principle, but can also be based for example on the principle of magnetostriction or on a further principle which is known to the person skilled in the art for use as a solid-state actuator 12.
  • the injection valve 10 further comprises a housing body 16 with a Gepatiuse stresses strictly speaking to the Philadelphia and a low-power state.
  • the injection valve 10 is preferably used for fuel injection valve for an internal combustion engine of a vehicle.
  • the FestAvemuator 12 comprises at least one piezoelectric element 22, a top plate 24, a bottom plate 26 and a tube spring 28.
  • the side of the piezoelectric element 22 is surrounded by the tube spring 28, at the nozzle needle 14 side facing the piezoelectric element 22 is non-positively coupled to the bottom plate 26 and At the side facing away from the nozzle needle 14, the piezoelectric element 22 is positively coupled to the top plate 24.
  • the solid-state actuator 12 changes its length in the axial direction of a longitudinal axis L by an elongation LG (FIG. 2).
  • the solid state actuator 12 can 200802223
  • a nozzle assembly 30 includes the nozzle body 20 and a nozzle body recess 32 extending in the axial direction along the longitudinal axis L in the nozzle body 20. At a free end of the nozzle body recess 32, a fluid outlet 34 is formed, which opens or closes the injection valve 10, depending on the position of the nozzle needle 14 along the longitudinal axis L.
  • the injection valve 10 is an outwardly opening valve. In an alternative embodiment, the injection valve 10 may also be of an inwardly-opening type.
  • FIG. 2 shows a control device ST for operating an adjusting device SV.
  • the control device ST comprises an interface 10, a program memory ROM for storing a program, a data memory RAM for storing data and a processor CPU.
  • the adjusting device SV comprises an actuator SG and an actuator SA, which is designed to act on the actuator SG.
  • the control device ST is coupled via the interface IO with a voltage generator US and an impedance measuring device ZM.
  • the voltage generator US and the impedance measuring device ZM are coupled to the actuator SA of the adjusting device SV.
  • the program executed by the control device ST provides the actuator SA with an actuating signal via the interface IO and the voltage generator US and determines an impedance curve Zf of the actuator SA via the interface 10.
  • the predetermined actuating signal is 200802223
  • a DC voltage UG with which the actuator SA is acted upon.
  • the actuator SA can also be acted upon by an AC voltage signal UW.
  • the actuator SA is spaced from the actuator SG by a spacing BA depending on the position POS and the elongation LG of the actuator SA.
  • the position POS is a measure of a displacement of the actuator SA along the longitudinal axis L relative to the actuator SG.
  • the elongation LG is a deflection of the actuator SA along the longitudinal axis L from a rest state. At rest, the actuator SA supplied amount of electrical energy is zero.
  • the spacing BA is assigned to the idle stroke LH.
  • the elongation LG of the actuator SA is dependent on an amount of electrical energy which is supplied to the actuator SA by means of the actuating signal.
  • the idle stroke LH can be determined as a function of a characteristic variable associated with the elongation LG which is characteristic of the amount of electrical energy supplied in comparison to the quiescent state.
  • the characteristic quantity which is characteristic of the amount of electrical energy supplied in comparison to the resting state can be, for example, the
  • DC voltage UG is supplied.
  • the DC voltage UG can be changed.
  • the DC voltage UG can be successively increased in order to supply the actuator SA with successive amounts of electrical energy.
  • the working range for applying the actuator SA with the DC voltage UG may be, for example, between 0 volts and 150 volts. However, he can also be trained differently.
  • the DC voltage UG In the idle state of the actuator SA, the DC voltage UG is 0 volts.
  • the behavior of the actuator SA with respect to the elongation LG over the DC voltage UG may be, for example, one micron per 5 volts. However, it can also be designed differently.
  • the idle stroke LH may be, for example, 5 microns. However, it may differ from this value.
  • the idle stroke LH may decrease during operation of the adjusting device SV in an internal combustion engine over time. For example, the idle stroke may drop to zero over time, jeopardizing the operation of the actuator SV. An accurate and reproducible determination of the idle stroke LH is therefore very important for the operation of the internal combustion engine.
  • the actuator SA changes its mechanical vibration behavior according to the Freguenz and the amplitude of the AC voltage signal UW by a predetermined by means of the respective level of the DC voltage UG operating point. By evaluating its vibration behavior can be reliably determined whether the actuator SA is mechanically coupled to the actuator SG. In order to evaluate the vibration behavior of the actuator SA, the impedance profile Zf of the actuator resulting from the alternating voltage signal UW is determined. 200802223
  • triebs SA determines from which subsequently a coupling factor K is determined.
  • the coupling factor K is a piezoelectric quantity which represents a measure of the conversion from electrical to mechanical energy and vice versa. If the coupling factor K generally refers to a piezoelectric element of arbitrary dimensions, it is referred to as the effective coupling factor Keff and then takes into account the energies occurring in all directions.
  • the square of the effective coupling factor, Keff 2 is defined as the ratio of the maximum converted stored energy to the total stored energy.
  • the effective coupling factor Keff can be represented by the coupling factor K.
  • the coupling factor K is determined as a function of an evaluation of the impedance curve Zf of the actuator SA.
  • a relationship between the coupling factor K and the impedance curve Zf is obtained by means of a modeling of the actuator SA by electrical variables with the aid of which the oscillation behavior of the actuator SA can be mapped and from which the coupling factor K is calculated. A changing vibration behavior of the actuator SA is thus reflected by the coupling factor K.
  • FIG. 3 shows an electrical equivalent circuit diagram ELS of the actuator SA, which modulates the dynamic behavior of the actuator SA under the action of the alternating voltage signal UW.
  • Mechanical variables of the actuator SA are mapped to electrical variables of an electrical oscillation circuit.
  • the electrical equivalent circuit diagram ELS in FIG. 3 comprises a capacitance CO, which is designed as the capacitance of a plate capacitor, which is provided, for example, by a piezoelectric capacitor. 200802223
  • zoelement 10 of a piezo actuator 8 trained actuator SA forms with its dielectric and its metal-coated surfaces, which are not shown here.
  • Connected in parallel with the first capacitance CO are a further capacitance C1, an inductance L1, a first ohmic resistance R1 and a further ohmic resistance RL.
  • a current flows through the first capacitance C0.
  • a current II flows through the further capacitance C1, the inductance L1, the first ohmic resistance R1 and the further ohmic resistance Rl.
  • the further capacitance C1 represents a reciprocal of a spring stiffness.
  • the first inductance Ll represents an inertial mass.
  • the first ohmic resistance Rl represents internal losses, for example a friction in the mechanical system.
  • the additional ohmic resistance RL represents external losses, for example a mechanical load.
  • the actuator SA By means of the AC voltage signal UW the actuator SA is acted upon Freguenzen. It is assumed that a frequency at which the impedance characteristic Zf becomes minimal, referred to hereinafter as the minimum impedance frequency fm, is in the immediate vicinity of a series resonance frequency fs assigned to the electrical equivalent circuit diagram ELS.
  • the series resonance frequency fs is given by the following equation: 200802223
  • a further frequency at which the impedance profile Zf becomes maximum referred to below in the following maximum impedance frequency fn, is in the immediate vicinity of a parallel resonance frequency fp assigned to the electrical equivalent circuit diagram ELS.
  • the parallel resonance frequency fp is represented by the following equation:
  • the square of the coupling factor K is determined as a function of the series resonant frequency fs and the parallel resonant frequency fp as follows:
  • An exemplary impedance curve Zf of an actuator SA and an associated phase curve Ph are plotted against the frequency in FIG.
  • the series resonance frequency fs and the parallel resonance frequency fp are marked in the impedance curve Zf.
  • the series resonance frequency fs may be, for example, 14.600 kHz.
  • the parallel resonance frequency fp may be 16,000 kHz, for example.
  • the coupling factor K thus reacts very sensitively to changes in the oscillation behavior.
  • the coupling factor K typically varies by 5 to 50%.
  • the coupling factor K can easily be determined as a function of the impedance curve Zf, without it being necessary to determine values for all electrical variables of the electrical equivalent circuit diagram ELS. To determine the coupling factor K, a determination of the series resonance frequency fs and the parallel resonance frequency fp is sufficient.
  • FIG. 5a shows a flow diagram of an embodiment of a method with which the idle stroke LH can be determined.
  • FIG. 5a shows a flow diagram of a program, as can be carried out by the control device ST, for example.
  • the program is started in a first program step S1.
  • the actuator SA is acted upon by the DC voltage UG and the AC voltage signal UW.
  • the initial value of the DC voltage UG is small and formed with a negative sign. This ensures that the actuator SA is not mechanically coupled to the actuator SG at the beginning of the third program step S3.
  • the alternating voltage signal UW varies in frequency and preferably has frequencies from a frequency range between 10 kHz and 100 kHz.
  • the amplitude of the AC voltage signal UW is preferably small compared to the level of the DC voltage UG. For example, the amplitude of the alternating voltage signal UW is 1 volt. 200802223
  • the impedance curve Zf is determined in a third program step S3.
  • the coupling factor K is determined, depending on the impedance profile Zf.
  • the coupling factor K can be determined as a function of the series resonance frequency fs and the parallel resonance frequency fs, which are determined by means of the impedance curve Zf. If the coupling factor K falls below a predetermined absolute threshold K_TH, which is checked in a fifth program step S5, it is assumed that the actuator SA has overcome the idle stroke LH.
  • the program jumps to a seventh program step S7.
  • the idle stroke LH can be determined as a function of the DC voltage UG.
  • the program sequence ends in this case in an eighth program step S8.
  • the actuator SA is supplied in a sixth program step S6 a predetermined amount of electrical energy for varying the elongation LG of the actuator SA.
  • the supply of the predetermined amount of electrical energy is performed, for example, by increasing the DC voltage UG by a predetermined voltage value du.
  • the program continues with the third program step S3, whereby a new cycle begins.
  • FIG. 5b shows a further embodiment of a method for determining the idle stroke LH with the program steps K1 through K9.
  • the embodiment shown in FIG. 5b differs from the embodiment shown in FIG. 5a. 200802223
  • a change in the coupling factor dK is determined and evaluated.
  • the program is started in a first program step K1.
  • a second and a third program step K2 and K3 correspond to the program steps S2 and S3 of the flowchart shown in FIG. 5a.
  • the change in the coupling factor dK is first determined in a fifth program step K5.
  • Actuator SA has overcome the idle stroke LH, and the idle stroke LH is determined by means of the DC voltage UG in an eighth program step K8. The program then ends in a ninth program step K9.
  • the program jumps to a seventh program step K7, in which the DC voltage UG is increased by a predetermined voltage value du. Subsequently, the program jumps to the third program step K3 in analogy to the program shown in FIG. 5a and starts with a new cycle.
  • FIG. 6 shows a flow diagram of a program, as can be carried out by the control device ST, for example.
  • the program is started in a first program step Q1. 200802223
  • the position POS of the actuator SA is specified.
  • the position POS is to be specified so that the spacing BA between the actuator SA and the actuator SG is certainly greater than zero.
  • the elongation LG of the actuator SA is predetermined according to a predetermined idle stroke LH.
  • the actuator SA is supplied from the idle state, a predetermined amount of electrical energy.
  • the actuator SA can be acted upon by means of a constant DC voltage UG.
  • the value of the constant predetermined DC voltage UG can be, for example, 20 volts. However, he can also be trained differently.
  • the actuator SA is supplied with the AC voltage signal UW.
  • the alternating voltage signal UW preferably has frequencies from a frequency range between 10 kHz and 100 kHz.
  • the amplitude of the AC voltage signal UW is preferably small compared to the level of the DC voltage UG.
  • the amplitude of the alternating voltage signal UW is 1 volt.
  • the impedance curve Zf is determined in a third program step Q3.
  • the coupling factor K is determined, depending on the impedance curve Zf.
  • the coupling factor K can be determined as a function of the series resonance frequency fs and the parallel resonance frequency fs, which are determined by means of the impedance curve Zf. If the coupling factor K falls below a predetermined absolute threshold K_TH, which is checked in a fifth program step Q5, then it is assumed that the actuator SA has overcome the spacing BA. In the case of a position POS which is no longer changed below and the actuator SA, which is for example put into idle state, the spacing BA is equal to 200802223
  • a sixth program step Q6 the position POS of the actuator SA is changed, thereby changing the predetermined spacing BA.
  • the position POS is changed so that the predetermined

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Abstract

An actuating device comprises an actuating member (SG) and an actuating drive (SA) designed as a solid state actuator. The actuating drive (SA) is adapted to affect the actuating member (SG) and is separated from the actuating member (SG) in a rest state by an idle stroke (LH) on the driven side. Pre-determined amounts of electrical energy are successively fed to the actuating drive (SA) for changing an elongation (LG) of the actuating drive (SA). An impedance curve (Zf) is determined for varying the frequency of an AC voltage signal (UW) to which the actuating drive (SA) is subjected. It is determined whether the actuating drive (SA) has exceeded the idle stroke (LH) or not as a function of the respective impedance curve (Zf). If it is determined that the idle stroke (LH) was exceeded, the idle stroke (LH) is determined as a function of an assigned characteristic parameter that is characteristic of the amount of electrical energy fed compared to the rest state.

Description

Beschreibungdescription
Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben einer StellvorrichtungMethod and device for operating an adjusting device
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben einer Stellvorrichtung mit einem Stellglied und einem als Festkörperaktuator ausgebildeten Stellantrieb.The invention relates to a method and a device for operating an adjusting device with an actuator and an actuator designed as a solid-state actuator.
Immer strengere gesetzliche Vorschriften bezüglich der zulässigen Schadstoffemission und des Kraftstoffverbrauchs von Brennkraftmaschinen, die in Kraftfahrzeugen angeordnet sind, machen es erforderlich, diverse Maßnahmen vorzunehmen, durch welche die Schadstoffemission und der Kraftstoffverbrauch ge- senkt werden. Sowohl die Höhe der erzeugten Schadstoffemission als auch der Kraftstoffverbrauch einer Brennkraftmaschine ist stark abhängig von einem jeweils erzeugten Luft- /Kraftstoff-Gemisch in einem jeweiligen Zylinder der Brennkraftmaschine. Die Ausbildung des Luft-/Kraftstoff-Gemisches hängt ab von der Dosierung des Kraftstoffs, der dem jeweiligen Zylinder für jeden Brennvorgang mittels eines Einspritzventils zugefügt wird.Ever stricter legal regulations regarding the permissible pollutant emission and the fuel consumption of internal combustion engines, which are arranged in motor vehicles, make it necessary to carry out various measures, by means of which the pollutant emission and the fuel consumption are reduced. Both the amount of pollutant emissions generated and the fuel consumption of an internal combustion engine is highly dependent on a respectively produced air / fuel mixture in a respective cylinder of the internal combustion engine. The formation of the air / fuel mixture depends on the metering of the fuel, which is added to the respective cylinder for each firing process by means of an injection valve.
Einspritzventile verfügen über eine Stellvorrichtung mit ei- nem Stellglied und einem Stellantrieb. Zur Dosierung einer Kraftstoff zufuhr in den Zylinder kann das Einspritzventil durch eine Ansteuerung des Stellglieds über den Stellantrieb geöffnet oder geschlossen werden. Im Ruhezustand der Stellvorrichtung ist zwischen dem Stellantrieb und dem Stellglied eine Beabstandung ausgebildet, die als Leerhub bezeichnet wird. Eine Voraussetzung für eine genaue Dosierbarkeit des Kraftstoffs in den jeweiligen Zylinder mittels des Einspritzventils ist eine genaue Kenntnis über die Größe des Leerhubs. 200802223Injectors have an actuator with an actuator and an actuator. For metering a fuel supply into the cylinder, the injection valve can be opened or closed by a control of the actuator via the actuator. In the resting state of the adjusting device, a spacing is formed between the actuator and the actuator, which is referred to as idle stroke. A prerequisite for accurate metering of the fuel in the respective cylinder by means of the injection valve is an accurate knowledge of the size of the idle stroke. 200802223
Es ist Aufgabe der Erfindung ein Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung zu schaffen, mit dem beziehungsweise mit der der Leerhub zuverlässig ermittelt werden kann.It is an object of the invention to provide a method and a corresponding device with which the idle stroke can be reliably determined.
Gemäß eines ersten Aspekts zeichnet sich die Erfindung aus durch ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben einer Stellvorrichtung mit einem Stellglied und einem als Festkör- peraktuator ausgebildeten Stellantrieb. Der Stellantrieb ist ausgebildet zum Einwirken auf das Stellglied und ist in einem Ruhezustand beabstandet durch einen Leerhub abtriebsseitig von dem Stellglied. Dem Stellantrieb werden sukzessive vorgegebene Mengen an elektrischer Energie zugeführt zum Verändern einer Längung des Stellantriebs. Ein Impedanzverlauf wird ermittelt mittels Variation der Fre- guenz eines Wechselspannungssignals, mit dem der Stellantrieb beaufschlagt wird. Abhängig von dem jeweiligen Impedanzverlauf wird ermittelt, ob der Stellantrieb den Leerhub überwunden hat. Im Falle des Feststeilens, dass der Leerhub überwunden wurde, abhängig von einer zugeordneten charakteristischen Größe, die charakteristisch ist für die im Vergleich zu dem Ruhezustand zugeführte Menge an elektrischer Energie, wird der Leerhub ermittelt. Dies ermöglicht eine sehr genaue Ermittlung des Leerhubs. Ferner kann die Ermittlung des Leerhubs direkt an einem Motorprüf stand oder in einem Fahrzeug erfolgen, ohne dass ein Ausbau und/oder ein Transport derAccording to a first aspect, the invention is characterized by a method and a device for operating an adjusting device having an actuator and an actuator designed as a solid-state actuator. The actuator is designed to act on the actuator and is in a resting state spaced by an idle stroke on the output side of the actuator. The actuator is successively supplied predetermined amounts of electrical energy for varying an elongation of the actuator. An impedance characteristic is determined by means of variation of the frequency of an AC signal applied to the actuator. Depending on the respective impedance curve, it is determined whether the actuator has overcome the idle stroke. In the case of determining that the idle stroke has been overcome, depending on an associated characteristic quantity which is characteristic of the amount of electrical energy supplied in comparison to the idle state, the idle stroke is determined. This allows a very accurate determination of the idle stroke. Furthermore, the determination of the idle stroke can be carried out directly on an engine test stand or in a vehicle without the need to remove and / or transport the engine
Stellvorrichtung notwendig sind. Insbesondere müssen an der Stellvorrichtung zur Ermittlung des Leerhubs keine Veränderungen vorgenommen werden.Actuator are necessary. In particular, no changes must be made to the adjusting device for determining the idle stroke.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung werden dem Stellantrieb sukzessive vorgegebene Mengen an elektrischer Energie zugeführt mittels einer jeweiligen vorgegebenen Erhöhung einer Gleichspannung, mit der der Stellantrieb beaufschlagt wird. 200802223In an advantageous embodiment, the actuator is supplied successively predetermined amounts of electrical energy by means of a respective predetermined increase in a DC voltage, with which the actuator is acted upon. 200802223
Dies ermöglicht es, dem Stellantrieb die vorgegebenen Mengen an elektrischer Energie sehr genau zuzuführen.This makes it possible to supply the actuator with the predetermined amounts of electrical energy very accurately.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die Grö- ße, die charakteristisch ist für die im Vergleich zu dem Ruhezustand zugeführte Menge an elektrischer Energie, eine Gleichspannung. Dies ermöglicht eine einfache Zuordnung der charakteristischen Größe zu der Gleichspannung.According to a further advantageous embodiment, the variable which is characteristic of the amount of electrical energy supplied in comparison with the rest state is a DC voltage. This allows easy assignment of the characteristic quantity to the DC voltage.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird abhängig von einem Kopplungsfaktor ermittelt, ob der Stellantrieb den Leerhub überwunden hat, wobei der Kopplungsfaktor abhängig von dem jeweiligen Impedanzverlauf ermittelt wird. Dies ermöglicht eine sehr genaue Feststellung, ob der Stellantrieb den Leerhub überwunden hat, dadurch, dass der Impedanzverlauf sehr genau ermittelt werden kann.In a further advantageous embodiment, it is determined depending on a coupling factor, whether the actuator has overcome the idle stroke, wherein the coupling factor is determined depending on the respective impedance curve. This allows a very accurate determination of whether the actuator has overcome the idle stroke, characterized in that the impedance curve can be determined very accurately.
Gemäß eines zweiten Aspekts zeichnet sich die Erfindung aus durch ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben einer Stellvorrichtung mit einem Stellglied und einem als Festkör- peraktuator ausgebildeten Stellantrieb. Der Stellantrieb ist ausgebildet zum Einwirken auf das Stellglied. Dem Stellantrieb wird eine vorgegebene Menge an elektrischer Energie zugeführt, ausgehend von einem Ruhezustand des Stellantriebs zum Verändern einer Längung des Stellantriebs entsprechend eines vorgegebenen Leerhubs. Die Position des Stellantriebs relativ zu dem Stellglied wird jeweils sukzessive mechanisch verändert. Ein Impedanzverlauf wird ermittelt mittels Variation der Freguenz eines Wechselspannungssignals, mit dem der Stellantrieb beaufschlagt wird. Abhängig von dem jeweiligen Impedanzverlauf wird ermittelt, ob der Stellantrieb die Beabstandung zu dem Stellglied überwunden hat. Im Falle des Feststeilens, dass die Beabstandung zwischen dem Stellantrieb und dem Stellglied überwunden wurde, wird das sukzessive me- 200802223According to a second aspect, the invention is characterized by a method and a device for operating an adjusting device with an actuator and an actuator designed as a solid-state actuator. The actuator is designed to act on the actuator. The actuator is supplied with a predetermined amount of electric power, starting from an idle state of the actuator for varying an elongation of the actuator according to a predetermined idle stroke. The position of the actuator relative to the actuator is each successively changed mechanically. An impedance curve is determined by varying the frequency of an AC signal applied to the actuator. Depending on the respective impedance curve, it is determined whether the actuator has overcome the spacing to the actuator. In the case of clamping, that the distance between the actuator and the actuator has been overcome, the successive me- 200802223
chanische Verändern der Position des Stellantriebs relativ zu dem Stellglied beendet. Dies ermöglicht die einfache Vorgabe des Leerhubs abhängig von der vorgegebenen Menge an elektrischer Energie .chanically changing the position of the actuator relative to the actuator finished. This allows the simple specification of the idle stroke depending on the predetermined amount of electrical energy.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird dem Stellantrieb die vorgegebene Menge an elektrischer Energie zugeführt mittels einer vorgegebenen Gleichspannung, mit der der Stellantrieb beaufschlagt wird. Dies ermöglicht es, dem Stel- lantrieb die vorgegebene Menge an elektrischer Energie sehr genau zuzuführen.In a further advantageous embodiment, the actuator is the predetermined amount of electrical energy supplied by means of a predetermined DC voltage, with which the actuator is acted upon. This makes it possible to supply the actuator with the predetermined amount of electrical energy very accurately.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird abhängig von einem Kopplungsfaktor ermittelt, ob die Beabstandung zwischen dem Stellantrieb und dem Stellglied überwunden wurde, wobei der Kopplungsfaktor abhängig von dem jeweiligen Impedanzverlauf ermittelt wird. Dies ermöglicht eine sehr genaue Feststellung, ob die Beabstandung zwischen dem Stellantrieb und dem Stellglied überwunden wurde, dadurch, dass der Impedanzverlauf sehr genau ermittelt werden kann.According to a further advantageous embodiment is determined depending on a coupling factor, whether the spacing between the actuator and the actuator has been overcome, wherein the coupling factor is determined depending on the respective impedance curve. This allows a very accurate determination of whether the spacing between the actuator and the actuator has been overcome, in that the impedance curve can be determined very accurately.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird der Kopplungsfaktor jeweils ermittelt abhängig von mindestens einem Impedanzminimum und mindestens einem Impedanzmaximum, die jeweils mittels des Impedanzverlaufs ermittelt werden. Dies ermöglicht eine einfache Ermittlung des Kopplungsfaktors jeweils abhängig von mindestens einem Impedanzmaximum und mindestens einem Impedanzminimum des Impedanzverlaufs.In a further advantageous embodiment, the coupling factor is determined in each case depending on at least one impedance minimum and at least one impedance maximum, which are respectively determined by means of the impedance curve. This allows a simple determination of the coupling factor depending on at least one impedance maximum and at least one impedance minimum of the impedance curve.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird der Kopplungsfaktor ermittelt mittels einer Serienresonanzfrequenz und einer Parallelresonanzfrequenz, die jeweils Ersatzschwingkreisen zugeordnet sind, wobei die Serienresonanzfre- 200802223According to a further advantageous embodiment, the coupling factor is determined by means of a series resonant frequency and a parallel resonant frequency, which are each assigned to equivalent resonant circuits, wherein the series resonance frequency 200802223
quenz und die Parallelresonanzfrequenz jeweils abhängig von dem Impedanzmaximum und dem Impedanzminimum ermittelt werden. Dies ermöglicht eine sehr genaue Ermittlung des Kopplungsfaktors abhängig von der Serienresonanzfrequenz und der Paral- lelresonanzfrequenz .frequency and the parallel resonance frequency are determined in each case depending on the impedance maximum and the impedance minimum. This enables a very accurate determination of the coupling factor as a function of the series resonant frequency and the parallel resonant frequency.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird der Stellantrieb angesteuert in einem Kleinsignalbereich. Dies ermöglicht ein wirksames Verhindern von Domänenverschiebungen in dem Festkörperaktuator .In a further advantageous embodiment, the actuator is driven in a small signal range. This enables effective prevention of domain shifts in the solid state actuator.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert:Embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to the schematic drawings:
Es zeigen:Show it:
Figur 1 ein Einspritzventil im Längsschnitt,FIG. 1 shows an injection valve in longitudinal section,
Figur 2 eine schematische Darstellung einer Stellvorrich- tung mit einem Stellantrieb und einem Stellglied,FIG. 2 shows a schematic representation of an adjusting device with an actuator and an actuator,
Figur 3 ein elektrisches Ersatzschaltbild eines Stellantriebs,3 shows an electrical equivalent circuit diagram of an actuator,
Figur 4 einen Impedanzverlauf und eine zugehörige Phase ü- ber der Frequenz eines Stellantriebs bei einem beaufschlagten Wechselspannungs Signal,FIG. 4 shows an impedance curve and an associated phase over the frequency of an actuator with an applied AC signal,
Figur 5a ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Ermittlung eines Leerhubs,FIG. 5a shows a flow diagram of a method for determining an idle stroke,
Figur 5b ein weiteres Ablaufdiagramm für eine Ausgestaltung eines Verfahrens zur Ermittlung eines Leerhubs, 200802223FIG. 5b shows a further flowchart for an embodiment of a method for determining an idle stroke, 200802223
Figur 6 ein weiteres Ablaufdiagramm für eine Ausgestaltung eines Verfahrens zur Vorgabe eines Leerhubs.FIG. 6 shows a further flow diagram for a refinement of a method for specifying an idle stroke.
Elemente gleicher Konstruktion oder Funktion sind figuren- übergreifend mit den gleichen Bezugszeichen versehen.Elements of the same construction or function are provided with the same reference numbers across the figures.
Figur 1 zeigt ein Einspritzventil 10 mit einem Stellantrieb SA (Figur 2), der als Festkörperaktuator 12 ausgebildet ist, und einem Stellglied SG (Figur 2), das eine Düsennadel 14 um- fasst. Der als Festkörperaktuator 12 ausgebildete Stellantrieb SA basiert beispielsweise auf dem Piezo-Prinzip, kann jedoch beispielsweise auch auf dem Prinzip der Magnetostriktion basieren oder auf einem weiteren Prinzip, das dem zuständigen Fachmann für den Einsatz als Festkörperaktuator 12 bekannt ist.FIG. 1 shows an injection valve 10 with an actuator SA (FIG. 2), which is designed as a solid-state actuator 12, and an actuator SG (FIG. 2), which encloses a nozzle needle 14. The actuator SA embodied as a solid-state actuator 12 is based, for example, on the piezoelectric principle, but can also be based for example on the principle of magnetostriction or on a further principle which is known to the person skilled in the art for use as a solid-state actuator 12.
Das Einspritzventil 10 umfasst ferner einen Gehäusekörper 16 mit einer Gehäusekörperausnehmung 18, in der der Festkörperaktuator 12 angeordnet ist, sowie einen Düsenkörper 20, in dem die Düsennadel 14 angeordnet ist. Das Einspritzventil 10 wird vorzugsweise genutzt zum Einsatz als Kraftstoffein- spritzventil für eine Brennkraftmaschine eines Fahrzeugs.The injection valve 10 further comprises a housing body 16 with a Gehäusekörperausnehmung 18, in which the Festkörperaktuator 12 is arranged, and a nozzle body 20, in which the nozzle needle 14 is arranged. The injection valve 10 is preferably used for fuel injection valve for an internal combustion engine of a vehicle.
Der Festkörperaktuator 12 umfasst mindestens ein Piezoelement 22, eine Kopfplatte 24, eine Bodenplatte 26 und eine Rohrfeder 28. Seitlich ist das Piezoelement 22 von der Rohrfeder 28 umschlossen, an der der Düsennadel 14 zugewandten Seite ist das Piezoelement 22 mit der Bodenplatte 26 kraftschlüssig gekoppelt und an der der Düsennadel 14 abgewandten Seite ist das Piezoelement 22 mit der Kopfplatte 24 kraftschlüssig gekoppelt. Abhängig von einem Stellsignal, das an den Festkörperaktuator 12 angelegt wird, verändert der Festkörperaktuator 12 in axialer Richtung einer Längsachse L seine Länge um eine Längung LG (Figur 2) . Der Festkörperaktuator 12 kann 200802223The Festkörperaktuator 12 comprises at least one piezoelectric element 22, a top plate 24, a bottom plate 26 and a tube spring 28. The side of the piezoelectric element 22 is surrounded by the tube spring 28, at the nozzle needle 14 side facing the piezoelectric element 22 is non-positively coupled to the bottom plate 26 and At the side facing away from the nozzle needle 14, the piezoelectric element 22 is positively coupled to the top plate 24. Depending on a control signal which is applied to the solid-state actuator 12, the solid-state actuator 12 changes its length in the axial direction of a longitudinal axis L by an elongation LG (FIG. 2). The solid state actuator 12 can 200802223
ferner entlang der Längsachse L hinsichtlich seiner Position POS (Figur 2) verändert werden.further along the longitudinal axis L with respect to its position POS (Figure 2) are changed.
Eine Düsenbaugruppe 30 umfasst den Düsenkörper 20 und eine Düsenkörperausnehmung 32, die sich in axialer Richtung entlang der Längsachse L in dem Düsenkörper 20 erstreckt. An einem freien Ende der Düsenkörperausnehmung 32 ist ein Flui- daustritt 34 ausgebildet, der das Einspritzventil 10 öffnet oder schließt, abhängig von der Position der Düsennadel 14 entlang der Längsachse L.A nozzle assembly 30 includes the nozzle body 20 and a nozzle body recess 32 extending in the axial direction along the longitudinal axis L in the nozzle body 20. At a free end of the nozzle body recess 32, a fluid outlet 34 is formed, which opens or closes the injection valve 10, depending on the position of the nozzle needle 14 along the longitudinal axis L.
Das Einspritzventil 10 ist ein nach außen öffnendes Ventil. In einer alternativen Ausführungsform kann das Einspritzventil 10 auch von einem nach innen öffnenden Typ sein.The injection valve 10 is an outwardly opening valve. In an alternative embodiment, the injection valve 10 may also be of an inwardly-opening type.
Figur 2 zeigt eine Steuervorrichtung ST zum Betreiben einer Stellvorrichtung SV. Die Steuervorrichtung ST umfasst eine Schnittstelle 10, einen Programmspeicher ROM zur Speicherung eines Programms, einen Datenspeicher RAM zur Speicherung von Daten und einen Prozessor CPU. Die Stellvorrichtung SV umfasst ein Stellglied SG und einen Stellantrieb SA, der zum Einwirken auf das Stellglied SG ausgebildet ist.FIG. 2 shows a control device ST for operating an adjusting device SV. The control device ST comprises an interface 10, a program memory ROM for storing a program, a data memory RAM for storing data and a processor CPU. The adjusting device SV comprises an actuator SG and an actuator SA, which is designed to act on the actuator SG.
Die Steuervorrichtung ST ist gekoppelt über die Schnittstelle IO mit einem Spannungsgenerator US und einem Impedanzmessgerät ZM. Der Spannungsgenerator US und das Impedanzmessgerät ZM sind gekoppelt mit dem Stellantrieb SA der Stellvorrichtung SV.The control device ST is coupled via the interface IO with a voltage generator US and an impedance measuring device ZM. The voltage generator US and the impedance measuring device ZM are coupled to the actuator SA of the adjusting device SV.
Das von der Steuervorrichtung ST ausgeführte Programm gibt dem Stellantrieb SA über die Schnittstelle IO und den Spannungsgenerator US ein Stellsignal vor und ermittelt einen Impedanzverlauf Zf des Stellantriebs SA über die Schnittstelle 10. Bei dem vorgegebenen Stellsignal handelt es sich bei- 200802223The program executed by the control device ST provides the actuator SA with an actuating signal via the interface IO and the voltage generator US and determines an impedance curve Zf of the actuator SA via the interface 10. The predetermined actuating signal is 200802223
spielsweise um eine Gleichspannung UG, mit der der Stellantrieb SA beaufschlagt wird. Mittels des Spannungsgenerators US kann der Stellantrieb SA ferner mit einem Wechselspannungssignal UW beaufschlagt werden.For example, a DC voltage UG, with which the actuator SA is acted upon. By means of the voltage generator US, the actuator SA can also be acted upon by an AC voltage signal UW.
Der Stellantrieb SA ist beabstandet von dem Stellglied SG durch eine Beabstandung BA abhängig von der Position POS und der Längung LG des Stellantriebs SA. Die Position POS ist ein Maß für eine Verschiebung des Stellantriebs SA entlang der Längsachse L relativ zu dem Stellglied SG. Die Längung LG ist eine Auslenkung des Stellantriebs SA entlang der Längsachse L aus einem Ruhezustand. Im Ruhezustand ist die dem Stellantrieb SA zugeführte Menge an elektrischer Energie gleich Null. Bei konstanter Position POS und für den Fall, dass sich der Stellantrieb SA in dem Ruhezustand befindet, ist die Beabstandung BA dem Leerhub LH zugeordnet.The actuator SA is spaced from the actuator SG by a spacing BA depending on the position POS and the elongation LG of the actuator SA. The position POS is a measure of a displacement of the actuator SA along the longitudinal axis L relative to the actuator SG. The elongation LG is a deflection of the actuator SA along the longitudinal axis L from a rest state. At rest, the actuator SA supplied amount of electrical energy is zero. In a constant position POS and in the event that the actuator SA is in the idle state, the spacing BA is assigned to the idle stroke LH.
Die Längung LG des Stellantriebs SA ist abhängig von einer Menge an elektrischer Energie, die dem Stellantrieb SA mit- tels des Stellsignals zugeführt wird. Je größer die zugeführte Menge an elektrischer Energie ist, desto größer ist die Längung LG. Für den Fall, dass die Beabstandung BA gleich Null ist, kann abhängig von einer der Längung LG zugeordneten charakteristischen Größe, die charakteristisch ist für die im Vergleich zu dem Ruhezustand zugeführte Menge an elektrischer Energie, der Leerhub LH ermittelt werden.The elongation LG of the actuator SA is dependent on an amount of electrical energy which is supplied to the actuator SA by means of the actuating signal. The larger the amount of electrical energy supplied, the greater the elongation LG. In the event that the spacing BA is equal to zero, the idle stroke LH can be determined as a function of a characteristic variable associated with the elongation LG which is characteristic of the amount of electrical energy supplied in comparison to the quiescent state.
Bei der charakteristischen Größe, die charakteristisch ist für die im Vergleich zu dem Ruhezustand zugeführte Menge an elektrischer Energie, kann es sich beispielsweise um dieThe characteristic quantity which is characteristic of the amount of electrical energy supplied in comparison to the resting state can be, for example, the
Gleichspannung UG handeln, mit der der Stellantrieb SA mittels des Spannungsgenerators US beaufschlagt werden kann. Im Folgenden wird davon ausgegangen, dass dem Stellantrieb SA die Menge an zugeführter elektrischer Energie mittels der 200802223DC voltage UG act, with the actuator SA can be acted upon by the voltage generator US. In the following it is assumed that the actuator SA, the amount of supplied electrical energy by means of 200802223
Gleichspannung UG zugeführt wird. Zum Verändern der dem Stellantrieb SA zugeführten elektrischen Energie kann beispielsweise einfach die Gleichspannung UG verändert werden. Beispielsweise kann die Gleichspannung UG sukzessive erhöht wer- den, um dem Stellantrieb SA sukzessive Mengen an elektrischer Energie zuzuführen.DC voltage UG is supplied. To change the electric power supplied to the actuator SA, for example, simply the DC voltage UG can be changed. For example, the DC voltage UG can be successively increased in order to supply the actuator SA with successive amounts of electrical energy.
Der Arbeitsbereich zum Beaufschlagen des Stellantriebs SA mit der Gleichspannung UG kann beispielsweise zwischen 0 Volt und 150 Volt liegen. Er kann jedoch auch anders ausgebildet sein. Im Ruhezustand des Stellantriebs SA beträgt die Gleichspannung UG 0 Volt. Das Verhalten des Stellantriebs SA bezüglich der Längung LG über der Gleichspannung UG kann beispielsweise einen Mikrometer pro 5 Volt betragen. Es kann jedoch auch an- ders ausgebildet sein.The working range for applying the actuator SA with the DC voltage UG may be, for example, between 0 volts and 150 volts. However, he can also be trained differently. In the idle state of the actuator SA, the DC voltage UG is 0 volts. The behavior of the actuator SA with respect to the elongation LG over the DC voltage UG may be, for example, one micron per 5 volts. However, it can also be designed differently.
Der Leerhub LH kann beispielsweise 5 Mikrometer betragen. Er kann jedoch von diesem Wert abweichen. Insbesondere kann der Leerhub LH bei Betrieb der Stellvorrichtung SV in einer Brennkraftmaschine im Laufe der Zeit absinken. Der Leerhub kann beispielsweise im Laufe der Zeit bis auf Null absinken, was den Betrieb der Stellvorrichtung SV gefährdet. Eine genaue und reproduzierbare Ermittlung des Leerhubs LH ist deshalb für den Betrieb der Brennkraftmaschine sehr wichtig.The idle stroke LH may be, for example, 5 microns. However, it may differ from this value. In particular, the idle stroke LH may decrease during operation of the adjusting device SV in an internal combustion engine over time. For example, the idle stroke may drop to zero over time, jeopardizing the operation of the actuator SV. An accurate and reproducible determination of the idle stroke LH is therefore very important for the operation of the internal combustion engine.
Der Stellantrieb SA ändert sein mechanisches Schwingungsverhalten entsprechend der Freguenz und der Amplitude des Wechselspannungssignals UW um einen mittels der jeweiligen Höhe der Gleichspannung UG vorgegebenen Arbeitspunkt. Durch eine Auswertung seines Schwingungsverhaltens kann zuverlässig ermittelt werden, ob der Stellantrieb SA mit dem Stellglied SG mechanisch gekoppelt ist. Zur Auswertung des Schwingungsverhaltens des Stellantriebs SA wird der aus dem Wechselspannungssignal UW resultierende Impedanzverlauf Zf des Stellan- 200802223The actuator SA changes its mechanical vibration behavior according to the Freguenz and the amplitude of the AC voltage signal UW by a predetermined by means of the respective level of the DC voltage UG operating point. By evaluating its vibration behavior can be reliably determined whether the actuator SA is mechanically coupled to the actuator SG. In order to evaluate the vibration behavior of the actuator SA, the impedance profile Zf of the actuator resulting from the alternating voltage signal UW is determined. 200802223
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triebs SA ermittelt, woraus anschließend ein Kopplungsfaktor K ermittelt wird.triebs SA determines from which subsequently a coupling factor K is determined.
Der Kopplungsfaktor K ist eine piezoelektrische Größe, die ein Maß für die Umsetzung von elektrischer in mechanische E- nergie und umgekehrt darstellt. Bezieht sich der Kopplungsfaktor K ganz allgemein auf ein piezoelektrisches Element mit beliebigen Abmessungen, so wird er als effektiver Kopplungsfaktor Keff bezeichnet und berücksichtigt dann die in allen Richtungen auftretenden Energien. Das Quadrat des effektiven Kopplungsfaktors, Keff2, ist definiert als das Verhältnis der maximal umgewandelten, gespeicherten Energie zur gesamten gespeicherten Energie. Im Folgenden kann der effektive Kopplungsfaktor Keff durch den Kopplungsfaktor K repräsentiert sein.The coupling factor K is a piezoelectric quantity which represents a measure of the conversion from electrical to mechanical energy and vice versa. If the coupling factor K generally refers to a piezoelectric element of arbitrary dimensions, it is referred to as the effective coupling factor Keff and then takes into account the energies occurring in all directions. The square of the effective coupling factor, Keff 2 , is defined as the ratio of the maximum converted stored energy to the total stored energy. In the following, the effective coupling factor Keff can be represented by the coupling factor K.
Der Kopplungsfaktor K wird ermittelt abhängig von einer Auswertung des Impedanzverlaufs Zf des Stellantriebs SA. Ein Zusammenhang zwischen dem Kopplungsfaktor K und dem Impedanz- verlauf Zf ergibt sich mittels einer Modellierung des Stellantriebs SA durch elektrische Größen, mit deren Hilfe das Schwingverhalten des Stellantriebs SA abgebildet werden kann und aus denen der Kopplungsfaktor K errechnet wird. Ein sich änderndes Schwingverhalten des Stellantriebs SA wird auf die- se Weise von dem Kopplungsfaktor K widergespiegelt.The coupling factor K is determined as a function of an evaluation of the impedance curve Zf of the actuator SA. A relationship between the coupling factor K and the impedance curve Zf is obtained by means of a modeling of the actuator SA by electrical variables with the aid of which the oscillation behavior of the actuator SA can be mapped and from which the coupling factor K is calculated. A changing vibration behavior of the actuator SA is thus reflected by the coupling factor K.
Figur 3 zeigt ein elektrisches Ersatzschaltbild ELS des Stellantriebs SA, welches das dynamische Verhalten des Stellantriebs SA unter Einwirkung des Wechselspannungssignals UW mo- delliert. Es werden mechanische Größen des Stellantriebs SA abgebildet auf elektrische Größen eines elektrischen Schwingungskreises. Das elektrische Ersatzschaltbild ELS in Figur 3 umfasst eine Kapazität CO, die als Kapazität eines Plattenkondensators ausgebildet ist, den der beispielsweise als Pie- 200802223FIG. 3 shows an electrical equivalent circuit diagram ELS of the actuator SA, which modulates the dynamic behavior of the actuator SA under the action of the alternating voltage signal UW. Mechanical variables of the actuator SA are mapped to electrical variables of an electrical oscillation circuit. The electrical equivalent circuit diagram ELS in FIG. 3 comprises a capacitance CO, which is designed as the capacitance of a plate capacitor, which is provided, for example, by a piezoelectric capacitor. 200802223
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zoelement 10 eines Piezoaktuators 8 ausgebildete Stellantrieb SA mit seinem Dielektrikum und seinen metallbeschichteten Flächen ausbildet, die hier nicht dargestellt sind. Parallel zur ersten Kapazität CO sind geschaltet eine weitere Kapazi- tat Cl, eine Induktivität Ll, ein erster ohmscher Widerstand Rl und ein weiterer ohmscher Widerstand RL. Durch die erste Kapazität CO fließt ein Strom 10. Durch die weitere Kapazität Cl, die Induktivität Ll, den ersten ohmschen Widerstand Rl und den weiteren ohmschen Widerstand RL fließt ein Strom II. Die weitere Kapazität Cl repräsentiert einen Reziprokwert einer Federsteifigkeit . Die erste Induktivität Ll repräsentiert eine träge Masse. Der erste ohmsche Widerstand Rl repräsentiert interne Verluste, beispielsweise eine Reibung im mechanischen System. Der weitere ohmsche Widerstand RL repräsen- tiert äußere Verluste, beispielsweise eine mechanische Belastung.zoelement 10 of a piezo actuator 8 trained actuator SA forms with its dielectric and its metal-coated surfaces, which are not shown here. Connected in parallel with the first capacitance CO are a further capacitance C1, an inductance L1, a first ohmic resistance R1 and a further ohmic resistance RL. A current flows through the first capacitance C0. A current II flows through the further capacitance C1, the inductance L1, the first ohmic resistance R1 and the further ohmic resistance Rl. The further capacitance C1 represents a reciprocal of a spring stiffness. The first inductance Ll represents an inertial mass. The first ohmic resistance Rl represents internal losses, for example a friction in the mechanical system. The additional ohmic resistance RL represents external losses, for example a mechanical load.
In Folge des elektrischen Ersatzschaltbildes ELS kann eine mechanische Resonanz wie im elektrischen Fall beschrieben werden. Kommt es beispielsweise zu einer Veränderung der Längung LG des Stellantriebs SA, so ändert sich der Impedanzverlauf Zf und mit ihm ändern sich andere elektrische Größen, aus denen der Kopplungsfaktor K ermittelt wird. Daraus lässt sich sehr leicht ableiten, ob der Leerhub LH überwunden wur- de, oder nicht.As a result of the electrical equivalent circuit diagram ELS, a mechanical resonance can be described as in the electrical case. If, for example, there is a change in the elongation LG of the actuator SA, then the impedance curve Zf changes and with it change other electrical variables from which the coupling factor K is determined. From this it is very easy to deduce whether the idle stroke LH has been overcome or not.
Mittels des Wechselspannungssignals UW wird der Stellantrieb SA mit Freguenzen beaufschlagt. Es wird angenommen, dass sich eine Freguenz, bei der der Impedanzverlauf Zf minimal wird, im folgenden Minimalimpedanzfreguenz fm genannt, in unmittelbarer Nähe einer dem elektrischen Ersatzschaltbild ELS zugeordneten Serienresonanzfreguenz fs befindet. Die Serienresonanzfrequenz fs ist gegeben durch die folgende Gleichung: 200802223By means of the AC voltage signal UW the actuator SA is acted upon Freguenzen. It is assumed that a frequency at which the impedance characteristic Zf becomes minimal, referred to hereinafter as the minimum impedance frequency fm, is in the immediate vicinity of a series resonance frequency fs assigned to the electrical equivalent circuit diagram ELS. The series resonance frequency fs is given by the following equation: 200802223
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Figure imgf000014_0001
Figure imgf000014_0001
Ferner wird angenommen, dass sich eine weitere Frequenz, bei der der Impedanzverlauf Zf maximal wird, im folgenden Maximalimpedanzfrequenz fn genannt, in unmittelbarer Nähe einer dem elektrischen Ersatzschaltbild ELS zugeordneten Parallelresonanzfrequenz fp befindet. Die Parallelresonanzfrequenz fp wird wiedergegeben durch die folgende Gleichung:Furthermore, it is assumed that a further frequency at which the impedance profile Zf becomes maximum, referred to below in the following maximum impedance frequency fn, is in the immediate vicinity of a parallel resonance frequency fp assigned to the electrical equivalent circuit diagram ELS. The parallel resonance frequency fp is represented by the following equation:
Figure imgf000014_0002
Figure imgf000014_0002
Das Quadrat des Kopplungsfaktors K wird ermittelt in Abhängigkeit von der Serienresonanzfrequenz fs und der Parallelresonanzfrequenz fp wie folgt:The square of the coupling factor K is determined as a function of the series resonant frequency fs and the parallel resonant frequency fp as follows:
'-(I'- (I
Durch diese Gleichung ist es möglich, den Kopplungsfaktor K leicht zu ermitteln mittels der Serienresonanzfrequenz fs und der Parallelresonanzfrequenz fp, die mittels jeweils eines Impedanzmaximums Zfmax und eines Impedanzminimums Zfmin des Impedanzverlaufs Zf ermittelt werden.By this equation, it is possible to easily determine the coupling factor K by means of the series resonance frequency fs and the parallel resonance frequency fp, which are determined by means of an impedance maximum Zfmax and an impedance minimum Zfmin of the impedance curve Zf.
Ein beispielhafter Impedanzverlauf Zf eines Stellantriebs SA und ein zugeordneter Phasenverlauf Ph sind in Figur 4 über der Frequenz aufgetragen. Die Serienresonanzfrequenz fs und die Parallelresonanzfrequenz fp sind in dem Impedanzverlauf Zf markiert. Die Serienresonanzfrequenz fs kann beispielsweise 14,600 kHz betragen. Die Parallelresonanzfrequenz fp kann beispielsweise 16,000 kHz betragen. Die Werte der Serienreso- 200802223An exemplary impedance curve Zf of an actuator SA and an associated phase curve Ph are plotted against the frequency in FIG. The series resonance frequency fs and the parallel resonance frequency fp are marked in the impedance curve Zf. The series resonance frequency fs may be, for example, 14.600 kHz. The parallel resonance frequency fp may be 16,000 kHz, for example. The values of the series 200802223
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nanzfrequenz fs und der Parallelresonanzfrequenz fp ändern sich, wenn sich das Schwinqunqsverhalten des Stellantriebs SA ändert. Der Kopplunqsfaktor K reaqiert damit sehr sensitiv auf Änderunqen des Schwinqunqsverhaltens . Wenn der Stellan- trieb SA mit dem Stellglied SG koppelt, ändert sich der Kopplungsfaktor K typischerweise um 5 bis 50%.nz frequency fs and the parallel resonance frequency fp change when the Schwinqunqsverhalten the actuator SA changes. The coupling factor K thus reacts very sensitively to changes in the oscillation behavior. When the actuator SA couples to the actuator SG, the coupling factor K typically varies by 5 to 50%.
Der Kopplungsfaktor K lässt sich abhängig vom Impedanzverlauf Zf leicht ermitteln, ohne dass für alle elektrischen Größen des elektrischen Ersatzschaltbildes ELS Werte ermittelt werden müssen. Zur Ermittlung des Kopplungsfaktors K ist eine Ermittlung der Serienresonanzfrequenz fs und der Parallelresonanzfrequenz fp ausreichend.The coupling factor K can easily be determined as a function of the impedance curve Zf, without it being necessary to determine values for all electrical variables of the electrical equivalent circuit diagram ELS. To determine the coupling factor K, a determination of the series resonance frequency fs and the parallel resonance frequency fp is sufficient.
Figur 5a zeigt ein Ablaufdiagramm einer Ausführungsform eines Verfahrens, mit dem der Leerhub LH ermittelt werden kann.FIG. 5a shows a flow diagram of an embodiment of a method with which the idle stroke LH can be determined.
Figur 5a zeigt ein Ablaufdiagramm eines Programms, wie es beispielsweise von der Steuervorrichtung ST ausgeführt werden kann. Das Programm wird gestartet in einem ersten Programmschritt Sl. In einem zweiten Programmschritt S2 wird der Stellantrieb SA beaufschlagt mit der Gleichspannung UG und dem Wechselspannungssignal UW. Bevorzugt ist der Anfangswert der Gleichspannung UG klein und mit negativem Vorzeichen aus- gebildet. Das stellt sicher, dass der Stellantrieb SA zu Beginn des dritten Programmschritts S3 nicht mit dem Stellglied SG mechanisch gekoppelt ist. Das Wechselspannungssignal UW variiert in seiner Frequenz und weist bevorzugt Frequenzen aus einem Frequenzbereich zwischen 10 kHz und 100 kHz auf. Die Amplitude des Wechselspannungssignals UW ist bevorzugt klein gegenüber der Höhe der Gleichspannung UG. Beispielsweise beträgt die Amplitude des Wechselspannungssignals UW 1 Volt. 200802223FIG. 5a shows a flow diagram of a program, as can be carried out by the control device ST, for example. The program is started in a first program step S1. In a second program step S2, the actuator SA is acted upon by the DC voltage UG and the AC voltage signal UW. Preferably, the initial value of the DC voltage UG is small and formed with a negative sign. This ensures that the actuator SA is not mechanically coupled to the actuator SG at the beginning of the third program step S3. The alternating voltage signal UW varies in frequency and preferably has frequencies from a frequency range between 10 kHz and 100 kHz. The amplitude of the AC voltage signal UW is preferably small compared to the level of the DC voltage UG. For example, the amplitude of the alternating voltage signal UW is 1 volt. 200802223
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In Abhängigkeit von dem Wechselspannungssignal UW wird in einem dritten Programmschritt S3 der Impedanzverlauf Zf ermittelt. In einem vierten Programmschritt S4 wird der Kopplungsfaktor K ermittelt, abhängig von dem Impedanzverlauf Zf. Bei- spielsweise kann der Kopplungsfaktor K ermittelt werden abhängig von der Serienresonanzfreguenz fs und der Parallelre- sonanzfreguenz fs, die mittels des Impedanzverlaufs Zf ermittelt werden. Unterschreitet der Kopplungsfaktor K einen vorgegebenen absoluten Schwellwert K_TH, was in einem fünften Programmschritt S5 abgeprüft wird, so wird davon ausgegangen, dass der Stellantrieb SA den Leerhub LH überwunden hat.As a function of the alternating voltage signal UW, the impedance curve Zf is determined in a third program step S3. In a fourth program step S4, the coupling factor K is determined, depending on the impedance profile Zf. For example, the coupling factor K can be determined as a function of the series resonance frequency fs and the parallel resonance frequency fs, which are determined by means of the impedance curve Zf. If the coupling factor K falls below a predetermined absolute threshold K_TH, which is checked in a fifth program step S5, it is assumed that the actuator SA has overcome the idle stroke LH.
Ist dies der Fall, dann springt das Programm in einen siebten Programmschritt S7. In dem siebten Programmschritt S7 kann der Leerhub LH in Abhängigkeit von der Gleichspannung UG ermittelt werden. Der Programmablauf endet in diesem Fall in einem achten Programmschritt S8.If this is the case, then the program jumps to a seventh program step S7. In the seventh program step S7, the idle stroke LH can be determined as a function of the DC voltage UG. The program sequence ends in this case in an eighth program step S8.
Wird der absolute Schwellwert K_TH in dem fünften Programm- schritt S5 nicht unterschritten, so wird davon ausgegangen, dass der Stellantrieb den Leerhub LH nicht überwunden hat. Infolgedessen wird dem Stellantrieb SA in einem sechsten Programmschritt S6 eine vorgegebene Menge an elektrischer Energie zugeführt zum Verändern der Längung LG des Stellantriebs SA. Das Zuführen der vorgegebenen Menge an elektrischer Energie wird beispielsweise durchgeführt mittels der Erhöhung der Gleichspannung UG um eine vorgegebenen Spannungswert du . Anschließend fährt das Programm mit dem dritten Programmschritt S3 fort, womit ein neuer Zyklus beginnt.If the absolute threshold K_TH is not undershot in the fifth program step S5, then it is assumed that the actuator has not overcome the idle stroke LH. As a result, the actuator SA is supplied in a sixth program step S6 a predetermined amount of electrical energy for varying the elongation LG of the actuator SA. The supply of the predetermined amount of electrical energy is performed, for example, by increasing the DC voltage UG by a predetermined voltage value du. Subsequently, the program continues with the third program step S3, whereby a new cycle begins.
Figur 5b zeigt eine weitere Ausführungsform eines Verfahrens zur Ermittlung des Leerhubs LH mit den Programmschritten Kl bis K9. Die in Figur 5b gezeigte Ausführungsform unterscheidet sich von der in Figur 5a gezeigten Ausführungsform da- 200802223FIG. 5b shows a further embodiment of a method for determining the idle stroke LH with the program steps K1 through K9. The embodiment shown in FIG. 5b differs from the embodiment shown in FIG. 5a. 200802223
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durch, dass anstelle eines Absolutwertes des Kopplungsfaktors K eine Änderung des Kopplungsfaktors dK ermittelt und ausgewertet wird. Das Programm wird gestartet in einem ersten Programmschritt Kl. Ein zweiter und ein dritter Programmschritt K2 und K3 korrespondieren zu den Programmschritten S2 und S3 des in Figur 5a gezeigten Ablaufdiagramms . Nachdem in einem vierten Programmschritt K4 der Kopplungsfaktor K mittels des Impedanzverlaufs Zf analog zu dem in Figur 5a gezeigten Programm ermittelt wurde, wird in einem fünften Programmschritt K5 zunächst die Änderung des Kopplungsfaktors dK ermittelt. In einem sechsten Programmschritt K6 wird ermittelt, ob die Änderung des Kopplungsfaktors dK eine Änderungsschwelle dK_TH überschreitet .in that, instead of an absolute value of the coupling factor K, a change in the coupling factor dK is determined and evaluated. The program is started in a first program step K1. A second and a third program step K2 and K3 correspond to the program steps S2 and S3 of the flowchart shown in FIG. 5a. After the coupling factor K has been determined analogously to the program shown in FIG. 5a by means of the impedance curve Zf in a fourth program step K4, the change in the coupling factor dK is first determined in a fifth program step K5. In a sixth program step K6, it is determined whether the change in the coupling factor dK exceeds a change threshold dK_TH.
Ist dies der Fall, dann wird davon ausgegangen, dass derIf this is the case, then it is assumed that the
Stellantrieb SA den Leerhub LH überwunden hat, und der Leerhub LH wird mittels der Gleichspannung UG in einem achten Programmschritt K8 ermittelt. Das Programm endet anschließend in einem neunten Programmschritt K9.Actuator SA has overcome the idle stroke LH, and the idle stroke LH is determined by means of the DC voltage UG in an eighth program step K8. The program then ends in a ninth program step K9.
Wird die Änderungsschwelle dK_TH hingegen nicht überschritten, dann springt das Programm in einen siebten Programmschritt K7, bei dem die Gleichspannung UG um einen vorgegebenen Spannungswert du erhöht wird. Anschließend springt das Programm analog zu dem in Figur 5a gezeigten Programm in den dritten Programmschritt K3 und beginnt mit einem neuen Zyklus .If, on the other hand, the change threshold dK_TH is not exceeded, the program jumps to a seventh program step K7, in which the DC voltage UG is increased by a predetermined voltage value du. Subsequently, the program jumps to the third program step K3 in analogy to the program shown in FIG. 5a and starts with a new cycle.
Figur 6 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Programms, wie es bei- spielsweise von der Steuervorrichtung ST ausgeführt werden kann. Das Programm wird gestartet in einem ersten Programmschritt Ql. 200802223FIG. 6 shows a flow diagram of a program, as can be carried out by the control device ST, for example. The program is started in a first program step Q1. 200802223
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In einem zweiten Programmschritt Q2 wird die Position POS des Stellantriebs SA vorgegeben. Bevorzugt ist die Position POS dabei so vorzugeben, dass die Beabstandung BA zwischen dem Stellantrieb SA und dem Stellglied SG sicher größer Null ist. Ferner wird die Längung LG des Stellantriebs SA vorgegeben entsprechend eines vorgegebenen Leerhubs LH. Zum Vorgeben der Längung LG wird dem Stellantrieb SA ausgehend von dem Ruhezustand eine vorgegebene Menge an elektrischer Energie zugeführt. Beispielsweise kann der Stellantrieb SA mittels einer konstanten Gleichspannung UG beaufschlagt werden. Der Wert der konstanten vorgegebenen Gleichspannung UG kann beispielsweise 20 Volt betragen. Er kann jedoch auch anders ausgebildet sein. Ferner wird der Stellantrieb SA mit dem Wechselspannungssignal UW beaufschlagt. Das Wechselspannungssignal UW weist bevorzugt Freguenzen aus einem Freguenzbereich zwischen 10 kHz und 100 kHz auf. Die Amplitude des Wechselspannungssignals UW ist bevorzugt klein gegenüber der Höhe der Gleichspannung UG. Beispielsweise beträgt die Amplitude des Wechselspannungssignals UW 1 Volt.In a second program step Q2, the position POS of the actuator SA is specified. Preferably, the position POS is to be specified so that the spacing BA between the actuator SA and the actuator SG is certainly greater than zero. Furthermore, the elongation LG of the actuator SA is predetermined according to a predetermined idle stroke LH. To specify the elongation LG, the actuator SA is supplied from the idle state, a predetermined amount of electrical energy. For example, the actuator SA can be acted upon by means of a constant DC voltage UG. The value of the constant predetermined DC voltage UG can be, for example, 20 volts. However, he can also be trained differently. Furthermore, the actuator SA is supplied with the AC voltage signal UW. The alternating voltage signal UW preferably has frequencies from a frequency range between 10 kHz and 100 kHz. The amplitude of the AC voltage signal UW is preferably small compared to the level of the DC voltage UG. For example, the amplitude of the alternating voltage signal UW is 1 volt.
In Abhängigkeit von dem Wechselspannungssignal UW und der Position POS wird in einem dritten Programmschritt Q3 der Impedanzverlauf Zf ermittelt. In einem vierten Programmschritt Q4 wird der Kopplungsfaktor K ermittelt, abhängig von dem Impe- danzverlauf Zf. Beispielsweise kann der Kopplungsfaktor K ermittelt werden abhängig von der Serienresonanzfreguenz fs und der Parallelresonanzfrequenz fs, die mittels des Impedanzverlaufs Zf ermittelt werden. Unterschreitet der Kopplungsfaktor K einen vorgegebenen absoluten Schwellwert K_TH, was in einem fünften Programmschritt Q5 abgeprüft wird, so wird davon ausgegangen, dass der Stellantrieb SA die Beabstandung BA überwunden hat. Bei einer im Folgenden nicht mehr veränderten Position POS und den beispielsweise in den Ruhezustand versetzten Stellantrieb SA, ist die Beabstandung BA gleich dem 200802223In dependence on the alternating voltage signal UW and the position POS, the impedance curve Zf is determined in a third program step Q3. In a fourth program step Q4, the coupling factor K is determined, depending on the impedance curve Zf. For example, the coupling factor K can be determined as a function of the series resonance frequency fs and the parallel resonance frequency fs, which are determined by means of the impedance curve Zf. If the coupling factor K falls below a predetermined absolute threshold K_TH, which is checked in a fifth program step Q5, then it is assumed that the actuator SA has overcome the spacing BA. In the case of a position POS which is no longer changed below and the actuator SA, which is for example put into idle state, the spacing BA is equal to 200802223
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Leerhub LH. Ist dies der Fall, dann endet der Programmablauf in einem siebten Programmschritt Q7.Idle stroke LH. If this is the case, then the program sequence ends in a seventh program step Q7.
Wird der absolute Schwellwert K_TH in dem fünften Programm- schritt Q5 nicht unterschritten, so wird davon ausgegangen, dass der Stellantrieb die Beabstandung BA nicht überwunden hat. Infolgedessen wird in einem sechsten Programmschritt Q6 die Position POS des Stellantriebs SA verändert, wodurch sich die vorgegebene Beabstandung BA verändert. Bevorzugt wird die Position POS so verändert, dass sich die vorgegebeneIf the absolute threshold K_TH is not undershot in the fifth program step Q5, then it is assumed that the actuator has not overcome the spacing BA. As a result, in a sixth program step Q6, the position POS of the actuator SA is changed, thereby changing the predetermined spacing BA. Preferably, the position POS is changed so that the predetermined
Beabstandung BA bei mehrmaliger Ausführung von Q6 im Laufe des Programms sukzessive verringert. Anschließend fährt das Programm mit dem dritten Programmschritt Q3 fort. Spacing BA is successively reduced in the course of the program when Q6 is executed several times. Then the program continues with the third program step Q3.

Claims

200802223Patentansprüche 200802223Patentansprüche
1. Verfahren zum Betreiben einer Stellvorrichtung (SV) mit einem Stellglied (SG) und einem als Festkörperaktuator ausge- bildeten Stellantrieb (SA), der zum Einwirken auf das Stellglied ausgebildet ist und in einem Ruhezustand durch einen Leerhub (LH) abtriebsseitig von dem Stellglied (SG) beabstandet ist, bei dem1. A method for operating an adjusting device (SV) with an actuator (SG) and designed as solid actuator actuator (SA), which is designed to act on the actuator and in an idle state by a Leerhub (LH) on the output side of the actuator (SG) is spaced at the
- dem Stellantrieb (SA) sukzessive vorgegebene Mengen an e- lektrischer Energie zugeführt werden zum Verändern einer Längung (LG) des Stellantriebs (SA),- The actuator (SA) successively predetermined amounts are supplied to e- lektrischer energy for changing a lengthening (LG) of the actuator (SA),
- ein Impedanzverlauf (Zf) mittels Variation der Freguenz eines Wechselspannungssignals (UW) , mit dem der Stellantrieb (SA) beaufschlagt wird, ermittelt wird, - abhängig von dem jeweiligen Impedanzverlauf (Zf) ermittelt wird, ob der Stellantrieb (SA) den Leerhub (LH) überwunden hat, undan impedance characteristic (Zf) is determined by means of variation of the frequency of an alternating voltage signal (UW) with which the actuator (SA) is acted upon, it is determined as a function of the respective impedance characteristic (Zf) whether the actuator (SA) controls the idle stroke ( LH) has overcome, and
- im Falle des Feststeilens, dass der Leerhub (LH) überwunden wurde, abhängig von einer zugeordneten charakteristischen Größe, die charakteristisch ist für die im Vergleich zu dem Ruhezustand zugeführte Menge an elektrischer Energie, der Leerhub (LH) ermittelt wird.in the case of determining that the idle stroke (LH) has been overcome, depending on an associated characteristic quantity characteristic of the amount of electrical energy supplied compared to the idle state, the idle stroke (LH) is determined.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem dem Stellantrieb (SA) sukzessive vorgegebene Mengen an elektrischer Energie zugeführt werden mittels einer jeweiligen vorgegebenen Erhöhung einer Gleichspannung (UG), mit der der Stellantrieb (SA) beaufschlagt wird.2. The method of claim 1, wherein the actuator (SA) successively predetermined amounts of electrical energy are supplied by means of a respective predetermined increase in a DC voltage (UG), with which the actuator (SA) is acted upon.
3. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Größe, die charakteristisch ist für die im Vergleich zu dem Ruhezustand zugeführte Menge an elektrischer Energie, eine Gleichspannung (UG) ist. 2008022233. The method according to any one of the preceding claims, wherein the size which is characteristic of the compared to the rest state supplied amount of electrical energy, a DC voltage (UG). 200802223
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4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem abhängig von einem Kopplungsfaktor (K) ermittelt wird, ob der Stellantrieb (SA) den Leerhub (LH) überwunden hat, wobei der Kopplungsfaktor (K) abhängig von dem jeweiligen Impedanzver- lauf (Zf) ermittelt wird.4. The method according to any one of the preceding claims, in which it is determined depending on a coupling factor (K), whether the actuator (SA) has overcome the idle stroke (LH), wherein the coupling factor (K) depending on the respective impedance course (Zf ) is determined.
5. Verfahren zum Betreiben einer Stellvorrichtung (SV) mit einem Stellglied (SG) und einem als Festkörperaktuator ausgebildeten Stellantrieb (SA), der zum Einwirken auf das Stell- glied (SG) ausgebildet ist, bei dem5. A method for operating an adjusting device (SV) with an actuator (SG) and designed as a solid-state actuator actuator (SA), which is designed to act on the actuator (SG), in which
- dem Stellantrieb (SA) eine vorgegebene Menge an elektrischer Energie ausgehend von einem Ruhezustand des Stellantriebs (SA) zugeführt wird zum Verändern einer Längung (LG) des Stellantriebs (SA) entsprechend eines vorgegebenen Leer- hubs (LH),- The actuator (SA) a predetermined amount of electrical energy is supplied from a rest state of the actuator (SA) for varying a lengthening (LG) of the actuator (SA) according to a predetermined Leerhubs (LH),
- die Position des Stellantriebs (SA) relativ zu dem Stellglied (SG) jeweils sukzessive mechanisch verändert wird,- The position of the actuator (SA) relative to the actuator (SG) is in each case successively changed mechanically,
- ein Impedanzverlauf (Zf) mittels Variation der Freguenz eines Wechselspannungssignals (UW) , mit dem der Stellantrieb (SA) beaufschlagt wird, ermittelt wird,an impedance characteristic (Zf) is determined by means of variation of the frequency of an alternating voltage signal (UW) with which the actuator (SA) is acted upon,
- abhängig von dem jeweiligen Impedanzverlauf (Zf) ermittelt wird, ob der Stellantrieb (SA) die Beabstandung (BA) zu dem Stellglied (SG) überwunden hat, und- Is determined depending on the respective impedance curve (Zf), whether the actuator (SA) has overcome the spacing (BA) to the actuator (SG), and
- im Falle des Feststeilens, dass die Beabstandung (BA) zwi- sehen dem Stellantrieb (SA) und dem Stellglied (SG) überwunden wurde, das sukzessive mechanische Verändern der Position des Stellantriebs (SA) relativ zu dem Stellglied (SG) beendet wird .- In the case of the Feststeilens that the spacing (BA) between the actuator (SA) and the actuator (SG) was overcome, the successive mechanical changing the position of the actuator (SA) relative to the actuator (SG) is terminated.
6. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem dem Stellantrieb (SA) die vorgegebene Menge an elektrischer Energie zugeführt wird mittels einer vorgegebenen Gleichspannung (UG), mit der der Stellantrieb (SA) beaufschlagt wird. 2008022236. The method of claim 5, wherein the actuator (SA), the predetermined amount of electrical energy is supplied by means of a predetermined DC voltage (UG), with which the actuator (SA) is acted upon. 200802223
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7. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 6, bei dem abhängig von einem Kopplungsfaktor (K) ermittelt wird, ob die Beabstandung (BA) zwischen dem Stellantrieb (SA) und dem Stellglied (SG) überwunden wurde, wobei der Kopplungsfaktor (K) abhängig von dem jeweiligen Impedanzverlauf (Zf) ermittelt wird.7. The method according to any one of claims 5 or 6, wherein it is determined depending on a coupling factor (K), whether the spacing (BA) between the actuator (SA) and the actuator (SG) has been overcome, wherein the coupling factor (K) is determined depending on the respective impedance curve (Zf).
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 oder 7, bei dem der Kopplungsfaktor (K) jeweils abhängig von mindestens einem Im- pedanzminimum (Zf_min) und mindestens einem Impedanzmaximum8. The method according to any one of claims 4 or 7, wherein the coupling factor (K) each dependent on at least one impedance minimum (Zf_min) and at least one impedance maximum
(Zf_max) ermittelt wird, die jeweils mittels des Impedanzverlaufs (Zf) ermittelt werden.(Zf_max) is determined, which are respectively determined by means of the impedance curve (Zf).
9. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem der Kopplungsfaktor (K) mittels einer Serienresonanzfreguenz (fs) und einer Pa- rallelresonanzfreguenz (fp) ermittelt wird, die jeweils Ersatzschwingkreisen zugeordnet sind, wobei die Serienresonanzfrequenz (fs) und die Parallelresonanzfrequenz (fp) jeweils abhängig von dem Impedanzmaximum (Zf_max) und dem Impedanzmi- nimum (Zf_min) ermittelt werden.9. The method of claim 8, wherein the coupling factor (K) by means of a Serienresonanzfreguenz (fs) and a Parallelresonanzfreguenz (fp) is determined, each associated with spare resonant circuits, wherein the series resonant frequency (fs) and the parallel resonance frequency (fp) respectively depending on the impedance maximum (Zf_max) and the impedance minimum (Zf_min) are determined.
10. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem der Stellantrieb (SA) angesteuert wird in einem Kleinsignalbereich (KB) .10. The method according to any one of the preceding claims, wherein the actuator (SA) is driven in a small signal range (KB).
11. Vorrichtung zum Betreiben einer Stellvorrichtung (SV) mit einem Stellglied (SG) und einem als Festkörperaktuator ausgebildeten Stellantrieb (SA), der zum Einwirken auf das Stellglied ausgebildet ist und in einem Ruhezustand durch ei- nen Leerhub (LH) abtriebsseitig von dem Stellglied (SG) beabstandet ist, wobei die Vorrichtung dazu ausgebildet ist, - dem Stellantrieb (SA) sukzessive vorgegebene Mengen an e- lektrischer Energie zuzuführen zum Verändern einer Längung (LG) des Stellantriebs (SA), 20080222311. An apparatus for operating an adjusting device (SV) with an actuator (SG) and designed as a solid actuator actuator (SA), which is designed to act on the actuator and in an idle state by a Leerhub (LH) on the output side of the actuator (SG) is spaced apart, wherein the device is designed to - supply the actuator (SA) successively predetermined amounts of e- lektrischer energy for varying a lengthening (LG) of the actuator (SA), 200802223
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- einen Impedanzverlauf (Zf) mittels Variation der Frequenz eines Wechselspannungssignals (UW) , mit dem der Stellantrieb (SA) beaufschlagt wird, zu ermitteln,an impedance characteristic (Zf) is determined by means of variation of the frequency of an alternating voltage signal (UW) applied to the actuator (SA),
- abhängig von dem jeweiligen Impedanzverlauf (Zf) zu ermit- teln, ob der Stellantrieb (SA) den Leerhub (LH) überwunden hat, und- to determine whether the actuator (SA) has overcome the idle stroke (LH), depending on the respective impedance curve (Zf), and
- im Falle des Feststeilens, dass der Leerhub (LH) überwunden wurde, abhängig von einer zugeordneten charakteristischen Größe, die charakteristisch ist für die im Vergleich zu dem Ruhezustand zugeführte Menge an elektrischer Energie, den Leerhub (LH) zu ermitteln.- in the case of determining that the idle stroke (LH) has been overcome, depending on an associated characteristic quantity characteristic of the amount of electrical energy supplied compared to the quiescent state, to determine the idle stroke (LH).
12. Vorrichtung zum Betreiben einer Stellvorrichtung (SV) mit einem Stellglied (SG) und einem als Festkörperaktuator ausgebildeten Stellantrieb (SA), der zum Einwirken auf das Stellglied (SG) ausgebildet ist, wobei die Vorrichtung dazu ausgebildet ist,12. An apparatus for operating an adjusting device (SV) with an actuator (SG) and an actuator (SA) designed as a solid-state actuator, which is designed to act on the actuator (SG), wherein the device is designed to
- dem Stellantrieb (SA) eine vorgegebene Menge an elektrischer Energie ausgehend von einem Ruhezustand des Stellan- triebs (SA) zuzuführen zum Verändern einer Längung (LG) des Stellantriebs (SA) entsprechend eines vorgegebenen Leerhubs (LH),- the actuator (SA) supply a predetermined amount of electrical energy from an idle state of Stellan drive (SA) for changing an elongation (LG) of the actuator (SA) according to a predetermined Leerhubs (LH),
- die Position des Stellantriebs (SA) relativ zu dem Stellglied (SG) jeweils sukzessive mechanisch zu verändern, - einen Impedanzverlauf (Zf) mittels Variation der Frequenz eines Wechselspannungssignals (UW) , mit dem der Stellantrieb (SA) beaufschlagt wird, zu ermitteln,- to change the position of the actuator (SA) relative to the actuator (SG) each successive mechanically, - an impedance curve (Zf) by means of varying the frequency of an AC signal (UW), with which the actuator (SA) is applied to determine
- abhängig von dem jeweiligen Impedanzverlauf (Zf) zu ermitteln, ob der Stellantrieb (SA) die Beabstandung (BA) zu dem Stellglied (SG) überwunden hat, und- to determine whether the actuator (SA) has overcome the spacing (BA) to the actuator (SG), depending on the respective impedance curve (Zf), and
- im Falle des Feststeilens, dass die Beabstandung (BA) zwischen dem Stellantrieb (SA) und dem Stellglied (SG) überwunden wurde, das sukzessive mechanische Verändern der Position 200802223in the case of clamping, that the spacing (BA) between the actuator (SA) and the actuator (SG) has been overcome, the successive mechanical change of the position 200802223
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des Stellantriebs (SA) relativ zu dem Stellglied (SG) zu beenden . of the actuator (SA) relative to the actuator (SG) to end.
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